Оценка надежности сливного прибора

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЛИВНЫХ ПРИБОРОВ ВАГОНА – ЦИСТЕРНЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ТЕЧЕЙ ОПАСНЫХ ГРУЗОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Лунин О.В. (ФГБОУ ВО ПГУПС, г. Санкт-Петербург, Россия)

Мероприятия, описанные в данной статье сосредоточенны на совершенствование конструкции и повышении надежности сливных приборов, которые проводятся почти всеми проектными организациями практически во всех промышленно развитых странах.  Один из самых ответственных узлов котла цистерны это сливной прибор, отвечающий за сохранность перевозимых грузов.

Обзор исследований и работ в области выбора параметров и конструкции сливных приборов вагонов-цистерн показал, что основными областями развития является улучшение их технико-экономических параметров и потребительских свойств за счет: уменьшения эксплуатационных расходов на ремонт и обслуживание; снижения материалоемкости; обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности; улучшение показателей экологической безопасности и т.д.

При движении по рельсовым путям вагоны-цистерны испытывают сложные колебательные процессы, обусловленные различными неровностями и дефектами, вследствие чего происходит утечка опасных грузов.

Из-за течей отмечаются существенные потери перевозимого груза, что наряду с прямыми финансовыми издержками снижает безопасность перевозок, приводит к загрязнению окружающей среды. Необходимость отцепки отказавших вагонов, и переформирования состава способствует возникновению перебоев в работе транспорта.

Отмеченные обстоятельства подчеркивают актуальность проблемы снижения повреждаемости основных несущих узлов как новых, так и эксплуатируемых цистерн.

По статистике только за 2019 год на Московской железной дороге  произошло 12 утечек опасных грузов, причиной чего было ослабление крепления крышки нижнего сливного прибора, а также образования зазора в местах крепления винтовой штанги. Все результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Для предотвращения течи перевозимых грузов сливные приборы должны отвечать следующим требованиям: иметь в исправном состоянии главный затвор и дополнительный (независимый) затвор,  предотвращающий отток груза в случае неисправности главного затвора; надежно работать при сотрясениях и ударах, возникающих при эксплуатации цистерн; патрубок должен быть плотно закрыт даже при попадании на рабочие поверхности затворов твердых частиц, грязи и т.п.; быть устойчивым к воздействию перевозимых грузов и материалов, используемых при очистке резервуаров; быть удобными в эксплуатации (закрываются при разгрузке, легко разбираются и монтируются, исправно работают длительное время без осмотра и ремонта); допускать возможность механизированной разгрузки (с помощью насосов) и донного наполнения (через сливное устройство) цистерны; обеспечивать минимальное время разгрузки груза, в том числе высоковязких продуктов, особенно в зимний период.

Универсальное сливное устройство имеет ряд недостатков: резиновые уплотнения со временем теряют свои свойства, и устройство начинает пропускать груз − появляются утечки; попадание в зону выброса мусора, которая может находиться между седлом клапана и самим клапаном, также может привести к потере герметичности устройства; когда конденсат поступает в дренажную зону и впоследствии замерзает, внутренний клапан не прижимается к седлу, то есть герметичность не обеспечивается.

Для предотвращения утечки опасных грузов из-за неисправности сливных приборов используют оценку надежности, в данном случае рассматриваются два типа сливных прибора.

Оценка надежности сливного прибора с двумя степенями защиты

Возможные неисправности:

− течь верхнего затвора – P1;

− течь нижней заглушки – P2.

Утечка возможна при одновременном отказе обоих уплотнений. Вероятность отказа:

P_отк = P1*P2, (1)

где P_над – вероятность работы элементов (надежности), а P_отк– вероятность отказа.

если P1 = P2 = 0,01.

Надежность (вероятность безотказной работы):

P_над = 1 – (1 – P)² = 1 – (1 – 0,99)² = 1 – 0,01² = 0,9999.

Рисунок 1 Структурная схема сливного прибора с двумя степенями защиты

Оценка надёжности сливного прибора с тремя степенями защиты

Возможные неисправности:

− одновременные течи затворов 1, 2 и 3 заглушки 3;

− одновременные течи затвора 1 и болтового соединения 4;

− одновременные течи затвора 1 и уплотнения валика затвора 5;

Надежность системы:

P = [(1 – P) * (1 – P2) * (1-P3)] * P3 * P4 * P5, (2)

Причем по-прежнему:

• вероятность отказа затвора P1 = P2 = P3 = 0,01;
• вероятность безотказной работы затвора q1 = q2 = q3 = 0,99;
• вероятность болтовых соединений P4 = P6 = 0,001.
• вероятность отказа уплотнения валика P5 = 0,005, q5 = 00,995

P = [1 – (1 – 0,99)³] 0,999 * 0,999 * 0,9995 = 0,992

Рисунок 2. ГОСТ 5520-79

Рисунок 3 Логическая схема работы сливного прибора с тремя затворами

Принимаем Р(А) = 0,98; Р(В) = 0,99; Р(С) = 0,98; Р(Д) = 0,998; Р(Е) = 0,99.

Р = Р(Д)*Р(Е)*[1 – 0,02 * (0,01 * 0,02)}] = 0,998 * 0,99 * 0,9999 = 0,9879

Снижение надёжности на 1,2% по течи.

Таким образом, проблема снижения повреждаемости элементов вагона играет большую роль. Решение этой проблемы будет способствовать выполнению плана перевозок, повышению безопасности движения поездов и сокращению расходов на ремонт, способствовать модернизации и совершенствованию сливного прибора, которые в свою очередь может решить ряд проблем, связанных с утечкой опасных грузов, в частности нефтепродуктов.

_____________________________________________________________________________________________________________________________

Из материалов XV Международной научно-технической конференции «ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ XXI ВЕКА (ИДЕИ, ТРЕБОВАНИЯ, ПРОЕКТЫ)